(57)【要約】【課題】電線のマトリックスなどの特殊なフィールドを使わず、簡単な構造の装置でモータの付いた走行物体を、任意の走行プログラムにしたがって自動走行させるシステムを作る。【解決手段】赤外線などの無線信号を送受できるポートを固定で設置し、走行物体とのあいだで無線信号をやりとりし、無線信号の伝播特性を利用して、相互の相対向きを検出する。さらにキーになる位置の距離を検出する。それらのデータを参照することにより自動走行を実現させる。【選択図】図６
2006004204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行変更手段を有する走行物体と、前記走行物体との間で無線信号伝播方向を検出するシステムを構成する無線ポートとを使用する走行制御システムであって、
前記走行物体から見た前記無線ポートの方向θと、前記無線ポートから見た前記走行物体位置の方向γと、前記走行物体と前記無線ポート間の距離Ｌと、を検出し、Ｌとγから前記走行物体の位置情報を求め、φ＝γ＋θから走行物体の向き情報を求め、前記位置情報と前期向き情報に基づいて前記走行変更手段を駆動することを特徴とする走行制御システム。
【請求項２】
走行変更手段を有する走行物体と、前記走行物体との間で無線信号伝播方向を検出する少なくとも２つの無線ポートとを使用する走行制御システムであって、
前記走行物体から見た第一無線ポートの方向θと、前記第一無線ポートから見た前記走行物体の方向γと、前記走行物体から見た前記第二無線ポートの方向δと、を検出し、前記第一無線ポートと第二無線ポートの距離Ｌと前記γと前記δと前記θに基づいて演算し、前記走行変更手段を駆動することにより走行制御をおこなわせることを特徴とする走行制御システム。
【請求項３】
走行手段と無線信号伝播方向検出手段とを有し、前記無線信号伝播方向方向検出手段によって検出された方向に基づいて前記向き変更手段を駆動する走行物体と、
前記走行物体は前記無線信号伝播方向検出手段の相手局である無線ポートを含む定められたエリア内では、定められた走行線に沿うように走行制御されることとを特徴とする走行制御システム。
【請求項４】
走行手段と無線信号伝播方向検出手段とを有し、前記無線信号伝播方向検出手段によって検出された方向に基づいて前記向き変更手段を駆動する走行物体は、命令を受けると、前記無線信号伝播方向検出手段の相手局である無線ポートを含む定められたエリアの外では、前記無線ポートに近づくように制御され、前記エリア内では、定められた走行線に沿うように走行制御されることを特徴とする走行制御システム。
【請求項５】
走行手段と無線信号伝播方向検出手段とを有し、前記無線信号伝播方向検出手段によって検出された方向に基づいて前記向き変更手段を駆動する走行物体と、
前記走行物体は命令を受けると、前記無線信号伝播方向検出手段の相手局である無線ポートに近づくように制御され、その間に、定められた走行誘導信号を検出すると、前記走行誘導信号に沿って走行するように走行制御されることとを特徴とする走行制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行物体を自動走行させるシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動走行させるためには、走行物体の位置や方向を検出し、これらのデータと、目的とする走行データとを演算してモータなどを制御する必要がある。
この位置や方向の情報を得るために、図１２のようにマトリックス状に導線を引き、これに交流電流を流し、走行物体に設けられた２個のピックアップコイルでこの電流を検出し、走行物体の位置ならびに向きを検出していた。しかしながら線をマトリックス状に張り巡らすにはコストや作業に大きな問題があった。
【特許文献１】特開平１−２５９４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決しようとする問題点は、導線を使用したマトリックスなどのようなフィールド構造体を使わずに走行物体の向きと位置等の情報を得て目的に添った走行をさせることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、赤外線などの無線信号の直線飛来性などを利用し、固定側に設けた少なくとも送信または受信するポートと走行物体に設けた送受信センサーの組み合わせにより、互いの相対角度を検出してそのデータをもとに計算して走行物体の向きを制御することにより実現している。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、固定側ポートと走行物体の間で送受信し無線信号の飛来方向などを検出することにより走行物体を自動走行またはプログラムコントロールすることが可能になる。しかもフィールド自体を特殊な構造にする必要が無く、また走行物体を自動、手動適宜切り替えなども可能で、自動格納や、充電設備への自動セットなどが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
自動走行させるための最小の構成は、実施例２に示すように固定側で走行データなどを送信し、同時に放射方向を特定でき、走行物体側で受信し、同時に飛来方向を特定でき、受信レベルで距離データを得て、演算し、走行制御をする方法である。
【実施例１】
【０００７】
図１（ａ），（ｂ）は２つの赤外線ポートを使い、走行物体１との間で信号を送受して、走行物体１の向きと位置座標を得る原理を示す。また、信号のタイミング図を図４に示す。
図１（ａ）で走行物体１はフィールド２の上に置かれていて、フィールドの外の点Ｐと点Ｑの位置にそれぞれ赤外線ポート１０，１１がある。点Ｐを原点とし、点ＰからＱに引いた線をＸ軸、点Ｐから縦に引いた線をＹ軸とする。また赤外線ポート１０には、フィールド全体を赤外線で照らす発光素子４と、受信した赤外線の飛来方向を検出する受光センサー７がついている。他方、赤外線ポート１１には、受信した赤外線の飛来方向を検出する受光センサー８だけが付いている。
【０００８】
ポート１０の発光素子４から赤外線が発射され、走行物体１の受光センサ５にあたる。受光センサ５は図５に示すように４個の受光素子からなり、その４つの出力を計算することにより、赤外線の飛来角θを知ることができる。つぎに、走行物体１の発光素子６から赤外線が放射されると、ポート１０の受光センサ７がそれを受光し、同様にそれを計算して飛来角γを得る。
【０００９】
情報γは赤外線にのせて走行物体１に送信されると、走行物体１ではθとγが得られ、図１の走行物体１の固定座標に対する向きφ＝θ＋γを得る。
図１（ｂ）で、走行物体１の発光素子６から赤外線が放射されるとポート１１の受光センサ８も動作して、飛来角δを得る。このδも赤外線にのせて送信すると、走行物体１は、θ，γのほかδも得ることになる。ここで発光素子６の位置の点Ｃからｘ軸に引いた垂線との交点をＭとすると、図から明らかなように角ＰＣＭ＝δ、角ＭＣＱ＝γとなる。
【００１０】
ここで点ＰとＱの間の距離をＬ、点Ｐと点Ｍとの距離をｘとする。また点Ｃと点Ｍの距離はｙである。
この関係を数式であらわすとつぎのようになる。
ｙ＝ｘ／ｔａｎδ              （式１）
ｙ＝（Ｌ−ｘ）／ｔａｎγ      （式２）
【００１１】
この方程式をｘについて解くと
ｘ＝Ｌ・ｔａｎδ／（ｔａｎδ＋ｔａｎγ）
式１に代入すると
ｙ＝Ｌ／（ｔａｎδ＋ｔａｎγ）  （式３）
【００１２】
となり、走行物体１の位置座標（ｘ、ｙ）が(式１）と（式３）のようにＬ、δ、γで表わすことが出来る。また走行物体１の向きφも求まっているので、進むべき方向をもとめて、走行物体１の向き制御をすることにより、任意の曲線に沿って自動走行させることが可能になる。
この場合、ｘ、ｙともにＬに比例することになるので、同じプログラムで走行させても、Ｌを調整することにより走行経路を任意に拡大縮小させることができる特徴がある。
【００１３】
図２は走行図を側面から見た図である。
また、図３は走行物体１のブロック図である。４個の受光素子21,22,23,24の出力はセレクタスイッチ25で選択され、可変増幅器27で適度な増幅をされ、検波器28で検波される。コード信号は波形成形された後、Ｓ／Ｐ変換されてコマンドとしてマイクロプロセッサ32に採りこまれる。定められたタイミングで検波出力には無変調信号が取り込まれ、受光素子の選択と合わせ、Ａ／Ｄコンバータ31でレベルを検出し、受光入力信号の強さが求められる。そしてそれを演算することによって赤外線の飛来方向を知ることが出来る。
【００１４】
図５(a)(b)は４個の受光素子の例のそれぞれ平面図と側面図である。
走行物体１の向きの変更はＰＷＭドライバ33、34を通して左右のモータ35,36の回転速度を違えることにより行い、走行速度の変更は左右同時に回転速度を増減することにより行う。
【００１５】
図４は、信号のタイミングの例を示す。コンピュータシステム４０が全体のコントロールを行い，それぞれの走行物体１にアドレス、コマンドを送る。その次に飛来方向検出用の無変調信号を送る。走行物体１はそのタイミングでセレクタスイッチ２５の走査をしてθを得る。次に走行物体１は自分の発光素子６から無変調信号を送出する。そしてそのタイミングでポート側は受光センサ７、８を通じてγとδを得る。また必要に応じ、走行物体はθを固定側に送る。θ、γ、δを得ることによりコンピュータシステムは走行物体１の位置情報、向き情報を得て、走行に必要なモータ制御のコマンドを送る。
【実施例２】
【００１６】
走行物体の位置と向きを検出する別の例を図６に示す。図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は側面図である。ポート５０の上部に発光部５１があって内部に８個の発光素子52a,52b,...,52hが放射状にならんでいる。この８個の発光素子から放射される信号は、図７に示す。発光素子52a,52b,...,52hは図７の(a),(b),....,(h)である。アドレス、コマンド、無変調信号までは共通であり、最後のs0,s1,....,s7はそれぞれのタイミングで発せられる。
【００１７】
アドレスは走行物体の識別アドレスであり、コマンドはそのアドレスにたいする命令であり、無変調信号は走行物体が赤外線の飛来方向θを検出するために使用される信号である。次のs0,s1,....,s7は信号自体は無変調信号であるが、順に時間をずらして放射するため、受光側では、図７(i)のように信号の大きさが変化する。そしてこれを計算することにより走行物体の受光センサーの位置の方向γを検出することが出来る。
【００１８】
飛来方向θの検出は実施例１と同じ方法で求めることが出来る。さらに、この無変調信号の信号レベルは８個の発光素子が同時に発射しているので、概ね方向γに無関係に一定の光線密度で照射されている。そしてたて横同じように広がるとすれば、走行物体１の受光センサーの受ける赤外線の大きさはポート５０からの距離Ｌの２乗に逆比例することが推測できる。
【００１９】
そして、γに対する光線密度のむらなどを含めて実測データをもとめておくことにより、走行物体１の受光レベルを求め、そのデータから、距離Ｌを求めることができる。
ここで距離Ｌと角度γが求まっているので図６のようにｘｙ座標を定義したとすると次の式でｘ、ｙが求められる。
ｘ＝Ｌ・cosγ              （式４）
ｙ＝Ｌ・sinγ                    （式５）
【００２０】
またγとθが求まっているので
φ＝γ＋θ  （式６）
φはｘ軸に対する走行物体１の方向であり、固定軸に対する走行物体１の向きということになる。
式４と式５から、走行物体１の位置座標（ｘ,ｙ）が求まり、式６から走行物体１の向きがわかることになるので、走行物体１を任意にプログラム走行させることが可能になる。
【００２１】
この例の場合、固定のポート側は赤外線の発光のみで、走行物体１の側は受光センサーのみとなり、構成が単純になる利点がある。
【実施例３】
【００２２】
図８は実施例２の距離データを測定するために鉛直方向に向いた受光素子62を備え、水平方向の受光素子21、22、23、24の出力と比較することにより、仰角κを得て、これから距離Ｌは、
Ｌ＝Ｈ・cotκ            （式７）
で求まる。ただしＨは、ポート５０の発光素子５１の高さと、走行物体１の受光センサーの高さの差である。
【実施例４】
【００２３】
図９（ａ）は図６のシステムのポート５０にジョイスティックをつけたものを、一つの操縦器３のなかに収納した例をしめす。この場合、ポートからの赤外線放射領域は１８０度以内であり、発光部１５の発光素子の数も半分以下になる。このように構成することにより、操縦器３は走行物体１を操縦すると同時に、いろいろな機能ボタンをつけることにより、一連の動作をひとつのボタン操作で行わせるなどいわゆるインテリジェントな操縦システムとなる。
またこの操縦器３に受動操作部のみの操縦器３ｋを繋いで図９（ｂ）のような二人用のインテリジェント操縦システムをつくることが出来る。
【実施例５】
【００２４】
図１０は、４台の走行物体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄをひとつのフィールド上で操縦するゲーム機の例である。ポート１０とポート１１がフィールドの外にあり、電線で結ばれた操縦器16a,16b,16c,16dがフィールドの外のへりに取り付けられていて四人の操縦者はこれで各々の走行物体を各々のジョイスティックを使って操縦する。コンピュータシステム４０は、これらの情報をもとにポート１０の発光素子４を通して４台の走行物体に走行のコマンドを送信する。
走行物体は、バッテリーを積んでおり、ゲームの終了毎に各々の充電場所に行って充電する。充電場所に入って行くためには、進入角度や走行経路は、精度が必要になるため通常のポートからの制御では難しい。
【００２５】
充電場所の構造を図１１に示す。２つの充電電極１８と中心線から左右に向きを変えて設置された発光素子17aと17bからなる。走行物体１が充電場所に近づくと通常の制御モードから、進入モードに変る。そうすると、発光素子17a,17bは、交互に信号が送出する。受光センサーはこれを捕らえて飛来方向θと中心線からのずれδを得る。角度δが０ならばθ＝０になるように走行物体１の向きを制御するが、δが０で無い場合は、その大きさによってθの大きさを決め、走行物体１の向きを制御する。
【００２６】
このようにすると、走行物体１は、中心線からのずれを補正しながら進み、精度よく制御されて充電装置に進入することができる。
充電装置から出る場合も、精度良く中心線に沿って出て行くように制御すればこじるような心配がなく、安全に脱出できる。
図１１（ｂ）は２つの発光素子17a,17bからの赤外線を受光素子５が受光した場合の横軸をδとしたときの、感度特性であり、（ｃ）は２つの曲線の差の曲線である。
これを参照してθを決めることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】データ取得の例を示す上面説明図である。（実施例１）
【図２】横方向から見た説明図である。（実施例１）
【図３】走行物体のブロック図である。（実施例１）
【図４】信号タイミング図である。（実施例１）
【図５】受光素子の図である。（実施例１）
【図６】動作を説明する上面図である。（実施例２）
【図７】信号タイミング図である。（実施例２）
【図８】距離検出図である。（実施例３）
【図９】ポートと操縦器を一体にした例を示す。（実施例４）
【図１０】ゲーム機の例の上面図である。（実施例５）
【図１１】充電器部分の拡大図である。（実施例５）
【図１２】従来例である。
【符号の説明】
【００２８】
１    走行物体
２    フィールド
３    操縦器
４    発光素子
５    受光センサー
６    発光素子
７    受光センサー
８    受光センサー
１０  ポート
１１  ポート
５０  ポート
５１  発光素子群
５２  発光素子
【図１】
2006004204.tif 000003
【図２】
2006004204.tif 000004
【図３】
2006004204.tif 000005
【図４】
2006004204.tif 000006
【図５】
2006004204.tif 000007
【図６】
2006004204.tif 000008
【図７】
2006004204.tif 000009
【図８】
2006004204.tif 000010
【図９】
2006004204.tif 000011
【図１０】
2006004204.tif 000012
【図１１】
2006004204.tif 000013
【図１２】
2006004204.tif 000014